基于ArcGIS的舟山近岸海域營養(yǎng)鹽空間分布研究

王柳柱，朱望遠，夏楓峰

（1.浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316022；2.舟山市海洋與漁業(yè)局，浙江舟山 316000）

海岸帶是人類活動的聚集地帶，世界人口的50%以上居住在海岸線60 km以內(nèi)的范圍[1]，也因此受到各種人類活動的影響，產(chǎn)生一系列海洋環(huán)境問題。為了解海域環(huán)境質(zhì)量狀況，我國設(shè)立了覆蓋各大海區(qū)的多級海洋環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并適時發(fā)布海域環(huán)境質(zhì)量公報。歷年的海洋環(huán)境質(zhì)量公報均顯示[2]，近岸海域水體富營養(yǎng)化已成為目前我國海洋環(huán)境污染比較突出的問題，特別是長江口、杭州灣所在的東海海域，受到長江沖淡水與杭州灣（錢塘江等上游入海水）水系一起合并沿岸南下的影響，海域的營養(yǎng)鹽含量長期處于較高水平。

一方面，海洋環(huán)境質(zhì)量公報能夠反映一定范圍內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的概況，但由于監(jiān)測點位的限制，很難提供高分辨率（時間、空間）的環(huán)境質(zhì)量分布信息，不利于對污染源進行溯源及管理。另一方面，根據(jù)海洋環(huán)境保護相關(guān)法律法規(guī)，我國對涉海類項目進行嚴格的環(huán)境影響評價制度，要求對建設(shè)項目進行環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價與跟蹤監(jiān)測評估，積累了大量環(huán)境數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)多數(shù)分散于各個監(jiān)測單位，存在數(shù)據(jù)重復(fù)測定、利用效率低的問題。因此，建立統(tǒng)一的管理平臺，利用已有數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫，對區(qū)域監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理與使用，將會極大提高數(shù)據(jù)的利用效率，并且可以通過數(shù)據(jù)集成，獲得高分辨率的區(qū)域環(huán)境質(zhì)量狀況分布圖。本研究擬借助GIS空間分析模塊，充分利用積累的實測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的提取、分析，以舟山海域為例，嘗試實現(xiàn)區(qū)域海洋環(huán)境質(zhì)量的詳細分布制圖，為海域環(huán)境數(shù)據(jù)共享平臺構(gòu)建，污染源溯源等管理工作提供研究基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域概況

1.1 社會經(jīng)濟與自然環(huán)境

舟山位于長江三角洲南翼，是中國東部重要的水陸通道連接點，海洋開發(fā)活動眾多。舟山市轄2區(qū)2縣，定海區(qū)、普陀區(qū)、岱山縣、嵊泗縣，2010年全市總?cè)丝?6.77萬人；1988年，被國家列入沿海經(jīng)濟開放區(qū)。2011年正式升格為舟山新區(qū)。是中國沿海經(jīng)濟開放區(qū)和長江三角洲地區(qū)先行規(guī)劃和開發(fā)的城市之一。

舟山所在海域島嶼廣布、水道縱橫，水文環(huán)境主要受由長江、錢塘江等河流沖淡水形成的江浙沿岸流控制，近岸淺水區(qū)懸沙濃度高，海域環(huán)境受到陸源、海上源的雙重影響，生態(tài)環(huán)境問題復(fù)雜且日益嚴峻。

1.2 環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

舟山海域?qū)儆谖覈逗Ｓ颦h(huán)境質(zhì)量形勢最為嚴峻的海域之一，其中以氮、磷為代表的營養(yǎng)鹽污染是該海域當(dāng)前的主要環(huán)境問題。根據(jù)2003-2012年舟山市海洋環(huán)境質(zhì)量公報[3]，舟山海域2003-2012年，嚴重污染海域（劣Ⅳ類）海水水域面積呈上升趨勢，從2003年的23%上升為2012年的58%，海域水環(huán)境質(zhì)量下降趨勢顯著，營養(yǎng)鹽污染為主要污染類型，并由此衍生出赤潮、魚類及其他海洋生物死亡、貝類生物毒素、重要生境消失等生態(tài)環(huán)境影響，使區(qū)域經(jīng)濟蒙受重大損失。

根據(jù)2012年舟山市海洋環(huán)境質(zhì)量公報，定海海域水質(zhì)全部劣于第四類海水水質(zhì)標準（1 090 km2）。岱山海域83.6%的面積水質(zhì)劣于第四類海水（4 582 km2）。嵊泗海域59.0%的面積水質(zhì)劣于第四類海水（4 553 km2）。普陀海域28.3%的面積水質(zhì)劣于第四類海水（1 844 km2）海域主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽，全海域無第一類海水水質(zhì)標準海域。總體上位于主島及其附近的定海、岱山海域水質(zhì)較差，其次為嵊泗海域，普陀海域位于南部位置，水質(zhì)總體較好。

圖1 研究區(qū)域及單元海域位置（Ⅰ-Ⅳ）Fig.1 Location of study area and sub-area(Ⅰ-Ⅳ)

2 研究方法

2.1 區(qū)域離散

研究區(qū)域為舟山海域，基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)分布情況，結(jié)合行政單元劃分，對整個研究區(qū)域進行離散處理，選擇資料相對豐富的四個海域單元，建立各單元營養(yǎng)鹽污染數(shù)據(jù)庫。分別輸出營養(yǎng)鹽污染空間分布圖。四個海域單元分別為舟山島西部和北部海域（Ⅰ）、舟山島南部及普陀山、朱家尖、桃花附近海域（Ⅱ）、衢山附近海域（Ⅲ）、泗礁山、黃龍島附近海域（Ⅳ）（圖1）。涵蓋四個行政單元的主要海洋經(jīng)濟活動海域。

2.2 數(shù)據(jù)建庫與處理

首先，建立基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫。利用ArcGIS 9.0軟件對定海港至石浦港的航保圖和南匯嘴至定海港的航保圖（1:150 000比例尺，WGS-84坐標系）進行數(shù)字化，完成舟山地區(qū)地圖的地理數(shù)據(jù)庫。

其次，指標確定及提取。根據(jù)海域污染特征，選擇無機氮、活性磷酸鹽為主要營養(yǎng)鹽指標。搜集各個環(huán)評報告中舟山海域近年來的營養(yǎng)鹽的數(shù)據(jù)，包括無機氮（未直接列出的取硝氮、亞硝氮和氨氮之和）和活性磷酸鹽，由于表底層的無機氮、活性磷酸鹽的含量變化范圍較小，本研究取其算術(shù)平均值。春秋2季的數(shù)據(jù)由于調(diào)查站位的不同，則分別在圖上顯示。

最后，進行空間分析。利用ArcGIS9.0的空間分析模塊，根據(jù)《海水水質(zhì)標準》（GB3097-1997）中的分類標準，對數(shù)據(jù)庫中的無機氮和活性磷酸鹽的數(shù)據(jù)進行分類，并在圖上以漸變顏色顯示出來。

2.3 數(shù)據(jù)來源與說明

論文研究所有數(shù)據(jù)均引自相關(guān)環(huán)評報告中未正式發(fā)表數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)搜集由浙江省海洋與漁業(yè)項目支持完成。本研究所引數(shù)據(jù)監(jiān)測單位包括寧波市海洋環(huán)境監(jiān)測中心、浙江省海洋水產(chǎn)研究所、舟山市海洋環(huán)境監(jiān)測預(yù)報中心、浙江省海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站、國家海洋局第二海洋研究所。同一研究單元存在多年數(shù)據(jù)時，選擇最新監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)除部分海域外均為2010-2013年最新監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3 研究結(jié)果

對選取的4個區(qū)域進行空間分析后，各區(qū)域無機氮和活性磷酸鹽的空間分布如圖2～5。

圖2 舟山島西北和部海域營養(yǎng)鹽空間分布（2011年）Fig.2 Nutrients concentration distribution in north-western part of Zhoushan(2011)

區(qū)域Ⅰ數(shù)據(jù)相對豐富，分布較均勻。區(qū)域位于舟山西北部海域，隸屬定海區(qū)，包括金塘、冊子、長白等海島，從圖上可以看出，活性磷酸鹽全部超過四類海水標準，屬于劣四類水質(zhì)。無機氮區(qū)域內(nèi)有一定變化，總體上，西部海域水質(zhì)劣于東部，西部冊子島附近所有站位均為四類劣四類水質(zhì)，長白島附近，仍存在三類海水水質(zhì)。

圖3 舟山島南部及普陀山、朱家尖、桃花附近海域營養(yǎng)鹽空間分布（2010年）Fig.3 Nutrients concentration distribution in southern part of Zhoushan,Putuo,Zhujiajian,Taohua Islands sea area(2010)

區(qū)域Ⅱ位于舟山南部，包括長峙島、西白蓮島、朱家尖島、魯家峙島與舟山本島南部附近海域，隸屬普陀海域與定海海域。如圖所示，區(qū)域Ⅱ范圍內(nèi)活性磷酸鹽全部為劣四類，無機氮除普陀山附近海域出現(xiàn)三類、四類海水水質(zhì)外，其余全部為劣四類海水。

圖4 衢山附近海域營養(yǎng)鹽空間分布（2008年）Fig.4 Nutrients concentration distribution near Qushan Island(2008)

區(qū)域Ⅲ數(shù)據(jù)相對比較少。衢山海域，包括衢山、鼠浪湖島、黃澤山島附近海域，位于岱山海域，海域活性磷酸鹽全部為劣四類水質(zhì)，無機氮北部海域總體較差，為四類到劣四類水質(zhì)，衢山至鼠浪湖海域為三類水質(zhì)。

圖5 泗礁山、黃龍島附近海域營養(yǎng)鹽空間分布（2012年）Fig.5 Nutrients concentration distribution near Sijiao and Huanglong Island(2012)

區(qū)域Ⅲ位于嵊泗海域。該海域的數(shù)據(jù)點相對均衡，可以看出，活性磷酸鹽依然為全部超過劣四類水質(zhì)，無機氮有一定的區(qū)域差異，枸杞附近海域為劣四類，泗礁島南部隨離岸水質(zhì)逐漸變好，泗礁島北部，金雞山海域水質(zhì)較好，有三類以上水質(zhì)。

4 分析與討論

4.1 區(qū)域營養(yǎng)鹽空間分布總體特征

總體說來，數(shù)據(jù)分布以島嶼為中心，與海域開發(fā)利用程度相關(guān)。從上述四組圖可以看出，海域活性磷酸鹽全面超標，無機氮空間變化顯著。變化規(guī)律為，以舟山海島基本走向為軸線，軸線下方，舟山海域西部、南部海域無機氮超標較嚴重，多為劣四類水質(zhì)，北部、東部位置則相對水質(zhì)較好；嵊泗海域與岱山海域污染水平分布大體與開發(fā)利用活動相關(guān)，兩者可能屬于不同的污染源控制，前者可能受大陸徑流影響較大，而后者則以局地的污染源影響為主，具體情況需要進一步分析。

整個舟山海域，總體上區(qū)域受大陸徑流污染源控制為主，營養(yǎng)鹽本底值高。但局部海域可能會疊加局地的影響，加上海域島嶼縱橫，水道分隔，使得海域的潮流非常復(fù)雜。

圖6 2012年舟山市海域水質(zhì)狀況分布示意圖（引自舟山市海洋環(huán)境質(zhì)量公報，2012）Fig.6 Map of sea water quality distribution of Zhoushan in 2012 (source from Zhoushan marine environmental quality bulletin,2012)

4.2 與環(huán)境質(zhì)量公報對比

對比公布的海洋環(huán)境質(zhì)量公報與局部區(qū)域的營養(yǎng)鹽分布情況，可以看出，兩者反映的區(qū)域環(huán)境質(zhì)量狀況總體一致。按照質(zhì)量公報所采用的評價方法，任意一項水質(zhì)參數(shù)超標，即說明其不能滿足水質(zhì)要求了，本研究中活性磷酸鹽全面超過四類水質(zhì)標準，故本海域海水水質(zhì)總體均屬于劣四類海水。而除此之外，本研究還能反映局部海域的變化，如不同區(qū)域無機氮的污染水平。

4.3 存在問題與改進

首先是數(shù)據(jù)的精度、準確度問題，本研究主要以數(shù)據(jù)搜集為主，數(shù)據(jù)來源多樣，需要盡可能的搜集具有良好監(jiān)測能力單位的數(shù)據(jù)，以保證分析結(jié)果的可靠性。其次，由于資料來源有限，數(shù)據(jù)點分布不均，這樣也會造成信息不全面，影響污染分布趨勢以及污染源的判斷。

另外，本研究的數(shù)據(jù)可能來自不同的季節(jié)，存在季節(jié)差異，而有些點位只有一季數(shù)據(jù)，則不能體現(xiàn)全年的平均水平，所以，在今后處理數(shù)據(jù)時要不斷更新、補充數(shù)據(jù)，同時增加不同年份的數(shù)據(jù)，進行營養(yǎng)鹽分布的時間序列分析。

5 結(jié)語

浙江省作為國家海洋經(jīng)濟發(fā)展示范區(qū)，舟山市是我國唯一以群島設(shè)置的新區(qū)，海域生態(tài)環(huán)境狀況是新區(qū)海洋經(jīng)濟發(fā)展的重要保障。本研究以現(xiàn)有資料為基礎(chǔ)，應(yīng)用GIS技術(shù)進行空間展布，較好地呈現(xiàn)出區(qū)域之間以及區(qū)域內(nèi)部的差異，能夠更好的為污染源溯源提供依據(jù)。研究一方面可以提供可視化、高分辨率的空間分布資料，可以為科學(xué)的污染源管理提供研究基礎(chǔ)；另一方面，還可以對各類環(huán)評資料進行再利用，提高數(shù)據(jù)資料的利用率，為建立數(shù)據(jù)共享平臺做好準備，在不斷充實資料與數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，更好的服務(wù)區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境保護。

[1]WOODROFFE C D.Coasts,form,process and evolution[M].Cambridge:Cambridge University Press,2003:1-2.

[2]國家海洋局.中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報(2000-2013)[EB/OL].http://www.coi.gov.cn/gongbao/huanjing/.

[3]舟山市海洋與漁業(yè)局.舟山市海洋環(huán)境質(zhì)量公報(2003-2012)[EB/OL].http://www.zsoaf.gov.cn/00066.html.